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具有气体吸附性能的刚性骨架多孔聚合物及其制备方法和应用技术

技术编号:15738584 阅读:161 留言:0更新日期:2017-07-02 00:56
本发明专利技术提供一种具有气体吸附性能的刚性骨架多孔聚合物,单体为R取代的三芳基三氰基咪唑,其中,R为氢或1‑5个碳原子的烷基。本发明专利技术还提供上述多孔聚合物的制备方法和在氧还原、储氢、吸附、分离等领域的用途。本发明专利技术所公开的多孔聚合物材料具有极高的含氮量和微孔结构,极大的增加了气体与聚合物之间的接触面积,提高了吸附效率,在成碳条件下有着良好的氧还原性能,在氧还原、储氢、吸附、分离等领域有着良好的应用前景。

Rigid skeleton porous polymer with gas adsorption property, preparation method and application thereof

The invention provides a gas adsorption properties of rigid porous polymer, monomer is three R aryl substituted three cyano imidazole, wherein R is hydrogen or 1 5 carbon atoms. The invention also provides the preparation method of the porous polymer and the application in the fields of oxygen reduction, hydrogen storage, adsorption and separation, etc.. Porous polymer materials are disclosed in the invention has high nitrogen content and pore structure, greatly increases the contact area between the gas and polymer, improve the adsorption efficiency, the carbon condition has a good performance in the reduction of oxygen, oxygen reduction, hydrogen storage, adsorption, separation and other field application good prospects.

【技术实现步骤摘要】
具有气体吸附性能的刚性骨架多孔聚合物及其制备方法和应用
本专利技术属于功能性多微孔聚合物
,具体涉及一种具有气体吸附性能的刚性骨架多孔聚合物材料的制备方法,以及该聚合物氧还原、储氢、吸附、分离等领域的用途。
技术介绍
由于全球对温室效应和二氧化碳减排问题的重视,同时CO2也是一种潜在的碳资源,使得对CO2进行回收、固定、利用及再资源化成为世界各国十分关注的问题。以煤燃料为主的火力发电厂是排放CO2的大户,若能对其烟道气中的CO2进行回收利用,则是一项既有良好社会效益又有经济效益的工作。经过人们长期的摸索和研究,研究表明:吸附体系分子结构中的多氨基团有利于提高吸收性能。长期以来,吸附CO2的吸附剂多使用化学溶液进行物理吸附和化学吸附。而大多数传统含氮液体具有强腐蚀性、易挥发性、易分解,同时极其不易再生。其中,咪唑和咪唑类离子液体也在逐渐使用在CO2吸附当中,并作为绿色可回收的离子液体逐渐受到重视。伴随着时代的进步和对产业更新换代的要求,易消耗且难回收的吸附溶液逐渐被具有多孔的固态微孔材料取代。多孔材料广泛存在于自然界中,多孔材料具有比表面积大、孔道尺寸可调控以及结构多样等特点,因此在催化、吸附、离子交换、生物医药、能源、环境、光电材料等领域有着广阔的应用前景。多孔材料广泛存在于自然界中,例如:木材、海绵、天然沸石等均是典型的多孔材料。多孔材料具有比表面积大、孔道尺寸可调控以及结构多样等特点。因此在催化、吸附、离子交换、生物医药、能源、环境、光电材料等领域有着广阔的应用前景。多孔材料经历了由天然获取到人工合成、由无机多孔到有机多孔材料的发展历程。20世纪40年代以来,人类通过人工合成的手段制备出结构规整的无机多孔材料。其中最具代表性的包括微孔沸石和M41S介孔分子筛等。80年代后期,随着人类对多孔材料性能要求的不断提高,科学家们开始合成含有有机组分的多孔材料,如有序介孔有机硅材料(PeriodicMesoporousOrganosilicas,PMOs)和金属-有机框架材料(Metal-OrganicFrameworks,MOFs)等。2005年以来,纯有机组分的共价有机多孔聚合物成为了多孔材料领域的研究前沿,尤其是Yaghi等人发展的晶型共价有机框架材料和Cooper等人发展的无定形共轭有机微孔聚合物引发了共价有机多孔聚合物的研究热潮。和传统的无机多孔材料相比,共价有机多孔聚合物具有以下优点:1)以有机小分子为构筑基元,具有结构可控性和功能可调性的特点;2)通过共价键连接形成高聚物网络,具有很好的热稳定性和化学稳定性;3)由轻质元素组成,密度低。由于具有这些独特的优势,共价有机多孔聚合物有望在储氢、吸附、分离、催化、能源、化学传感和生物医药等领域发挥重要作用,从而成为多孔材料领域的未来之星。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术的不足,提供一种刚性骨架多孔聚合物,所述多孔聚合物的单体为R取代的三芳基三氰基咪唑,其中,R为氢或1-5个碳原子的烷基。本专利技术制备的具有气体吸附性能的刚性骨架多孔聚合物材料具有极高的含氮量和微孔结构,极大的增加了气体与聚合物之间的接触面积,提高了吸附效率。并且,本专利技术制备的具有气体吸附性能的刚性骨架多孔聚合物材料仅需要氯化锌作为催化剂,是廉价且环保的,反应完通过简易的过滤清洗即可获得纯净的聚合物。可以预见,具有气体吸附性能的刚性骨架多孔聚合物材料在在储氢、吸附、分离等领域有着良好的应用前景。所述多孔聚合物是具有气体吸附性能的刚性骨架多孔聚合物材料poly(CMPs)。根据本专利技术的第一种实施方案,提供一种刚性骨架多孔聚合物。一种刚性骨架多孔聚合物,所述聚合物是由通式(I)的三(氰基芳基)咪唑单体进行均聚反应所获得的:其中,R为氢或1-5个碳原子的烷基。,例如-CH3、-CH2CH3、-CH2CH2CH3、-CH(CH3)2、-CH2CH2CH2CH3、-C(CH3)3、-CH2CH2CH2CH2CH3、-CH2CH(CH3)CH2CH3、-CH2C(CH3)2CH3等等在本专利技术中,所述多孔聚合物具有通式(II)的结构:其中,R为氢或1-5个碳原子的烷基,例如-CH3、-CH2CH3、-CH2CH2CH3、-CH(CH3)2、-CH2CH2CH2CH3、-C(CH3)3、-CH2CH2CH2CH2CH3、-CH2CH(CH3)CH2CH3、-CH2C(CH3)2CH3等等。在本专利技术中,所述通式(I)的单体是通过如下过程获得的:含溴取代的三芳基咪唑基团的单体2,4,5-三(4-溴苯基)-1-R-咪唑进行氰化反应(cyanidesubstitution),得到通式(I)的2,4,5-三(4-氰基苯基)-1-R-咪唑(CMPs)单体。在本专利技术中,通式(I)的单体的均聚反应是通过通式(I)单体中的氰基偶联反应所进行的。一种刚性骨架多孔聚合物,所述多孔聚合物的单体为R取代的三芳基三氰基咪唑,所述多孔聚合物的单体为通式(I)的化合物:其中,R为氢或1-5个碳原子的烷基,例如-CH3、-CH2CH3、-CH2CH2CH3、-CH(CH3)2、-CH2CH2CH2CH3、-C(CH3)3、-CH2CH2CH2CH2CH3、-CH2CH(CH3)CH2CH3、-CH2C(CH3)2CH3等等。在本专利技术中,所述多孔聚合物具有通式(II)的结构:其中,R为氢或1-5个碳原子的烷基,例如-CH3、-CH2CH3、-CH2CH2CH3、-CH(CH3)2、-CH2CH2CH2CH3、-C(CH3)3、-CH2CH2CH2CH2CH3、-CH2CH(CH3)CH2CH3、-CH2C(CH3)2CH3等等。在本专利技术中,所述多孔聚合物的单体是含溴取代的三芳基咪唑基团的单体2,4,5-三(4-溴苯基)-1-R-咪唑进行氰化反应(cyanidesubstitution),得到2,4,5-三(4-氰基苯基)-1-R-咪唑(CMPs)单体。在本专利技术中,所述多孔聚合物是根据三嗪合成(BischlerTriazineSynthesis)反应机理,含三氰基的三芳基咪唑基团的单体2,4,5-三(4-氰基苯基)-1-R-咪唑(CMPs)的氰基之间偶联形成具有具有气体吸附性能的刚性骨架多孔聚合物材料poly(CMPs)。根据本专利技术的第二种实施方案,提供一种刚性骨架多孔聚合物的制备方法。一种刚性骨架多孔聚合物,该方法包括以下步骤:(1)通式(I)单体的制备:含溴取代的三芳基咪唑基团的单体2,4,5-三(4-溴苯基)-1-R-咪唑进行氰化反应,得到通式(I)的2,4,5-三(4-氰基苯基)-1-R-咪唑(CMPs)单体,其中R为氢或1-5个碳原子的烷基;(2)刚性骨架多孔聚合物的制备:由通式(I)的2,4,5-三(4-氰基苯基)-1-R-咪唑(CMPs)单体通过氰基偶联反应进行均聚反应,制备刚性骨架多孔聚合物。在本专利技术中,步骤(1)如下进行:将2,4,5-三(4-溴苯基)-1-R-咪唑,其中R为氢或1-5个碳原子的烷基,与氰化亚铜在有机溶剂中进行反应,将所得反应混合物进行分离,获得通式(I)的2,4,5-三(4-氰基苯基)-1-R-咪唑:在本专利技术中,步骤(2)如下进行:将通式(I)的2,4,5-三(4-氰基苯基)-1-R-咪唑与氯本文档来自技高网
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具有气体吸附性能的刚性骨架多孔聚合物及其制备方法和应用

【技术保护点】
一种刚性骨架多孔聚合物,其特征在于,所述聚合物是由通式(I)的三(氰基芳基)咪唑单体进行均聚反应所获得的:

【技术特征摘要】
1.一种刚性骨架多孔聚合物,其特征在于,所述聚合物是由通式(I)的三(氰基芳基)咪唑单体进行均聚反应所获得的:其中,R为氢或1-5个碳原子的烷基。2.根据权利要求1所述的多孔聚合物,其特征在于,所述多孔聚合物具有通式(II)的结构:其中,R为氢或1-5个碳原子的烷基。3.根据权利要求1或2所述的多孔聚合物,其特征在于:所述通式(I)的单体是通过如下过程获得的:含溴取代的三芳基咪唑基团的单体2,4,5-三(4-溴苯基)-1-R-咪唑进行氰化反应(cyanidesubstitution),得到通式(I)的2,4,5-三(4-氰基苯基)-1-R-咪唑(CMPs)单体;和/或通式(I)的单体的均聚反应是通过通式(I)单体中的氰基偶联反应所进行的。4.一种刚性骨架多孔聚合物的制备方法或制备权利要求1-3中任一项所述的多孔聚合物的方法,该方法包括以下步骤:(1)通式(I)单体的制备:含溴取代的三芳基咪唑基团的单体2,4,5-三(4-溴苯基)-1-R-咪唑进行氰化反应,得到通式(I)的2,4,5-三(4-氰基苯基)-1-R-咪唑(CMPs)单体,其中R为氢或1-5个碳原子的烷基;(2)刚性骨架多孔聚合物的制备:由通式(I)的2,4,5-三(4-氰基苯基)-1-R-咪唑(CMPs)单体通过氰基偶联反应进行均聚反应,制备刚性骨架多孔聚合物。5.根据权利要求4所述的方法,其特征在于:步骤(1)如下进行:将2,4,5-三(4-溴苯基)-1-R-咪唑,其中R为氢或1-5个碳原子的烷基,与氰化亚铜在有机溶剂中进行反应,将所得反应混合物进行分离,获得通式(I)的2,4,5-三(4-氰基苯基)-1-R-咪唑:和/或步骤(2)如下进行:将通式(I)的2,4,5-三(4-氰基苯基)-1-R-咪唑与氯化锌混合获得混合物,干燥,所得混合物在密封的条件下和在升高温度(例如200-500℃、优选300-450℃、更优选350-420℃)的情况下进行反应,在反应混合物中添加强酸(例如盐酸或硫酸或磷酸)进行研磨,然后进行分离,干燥,制得多孔聚合物聚三嗪基三苯基咪唑。6.根据权利要求5所述的方法,其特征在于:步骤(1)如下进行:将2,4,5-三(4-溴苯基)-1-R-咪唑,与氰化亚铜、碳酸钠、DMF加入到高压釜中,100-200℃下反应4-24h(优选在120-180℃下反应8-2...

【专利技术属性】
技术研发人员:陈红飙许丝琪黎华明阳梅
申请(专利权)人:湘潭大学
类型:发明
国别省市:湖南,43

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